C++微服务 UserServer 设计与实现

会开花的二叉树2025-10-20 13:24

实战 C++ 微服务：IM 项目用户服务（UserServer）设计与落地全记录

做 IM 项目时，用户服务（UserServer）是整个系统的基石 ------ 所有业务（好友、消息、朋友圈）都依赖用户认证和基础信息。这篇文章就从实战角度，聊聊我是怎么设计、实现 UserServer 的，包括核心功能落地、依赖替换（比如用模拟短信服务替代真实平台）、以及那些踩过的坑，希望能给做 C++ 后端的朋友一些参考。

一、先搞懂：UserServer 在 IM 系统里的角色

在之前的 IM 微服务架构里，UserServer 承担 3 个核心职责：

  1. 用户认证：注册（用户名 / 手机号）、登录（用户名密码 / 手机验证码）、会话管理；

  2. 用户信息管理：头像、昵称、签名、手机号的修改与查询；

  3. 基础支撑：给其他服务提供用户信息（比如好友服务查好友资料、消息服务查发送者信息）。

所以设计时，必须考虑可扩展性 （比如后续加第三方登录）、可测试性 （比如不用真实短信也能测手机号登录）、性能（登录会话用 Redis 缓存，避免查库）。

二、核心设计：从依赖到架构，拒绝 "硬编码"

1. 依赖注入：让服务更灵活（踩过坑才懂的重要性）

最开始写 UserServiceImpl 的时候，我直接在类里 new 了 DMSClient（真实短信服务），后来发现个人开发者没法申请企业短信资质，想换成模拟服务时，改了大半天代码。后来重构时，把所有外部依赖都通过构造函数注入，这才清爽了。

看核心构造函数：

复制代码 
UserServiceImpl(
    const MockSmsClient::ptr& mock_sms_client,  // 短信服务（真实/模拟可替换）
    const std::shared_ptr<elasticlient::Client>& es_client,  // ES（用户搜索用）
    const std::shared_ptr<odb::core::database>& mysql_client,  // MySQL（用户数据存储）
    const std::shared_ptr<sw::redis::Redis>& redis_client,  // Redis（会话/验证码）
    const ServiceManager::ptr& channel_manager,  // 服务管理（调用文件服务等）
    const std::string& file_service_name  // 文件服务名称（定位服务用）
) :
    _es_user(std::make_shared<ESUser>(es_client)),
    _mysql_user(std::make_shared<UserTable>(mysql_client)),
    _redis_session(std::make_shared<Session>(redis_client)),
    _redis_status(std::make_shared<Status>(redis_client)),
    _redis_codes(std::make_shared<Codes>(redis_client)),
    _file_service_name(file_service_name),
    _mm_channels(channel_manager),
    _dms_client(mock_sms_client)  // 注入短信服务，而非内部new
{
    _es_user->createIndex();  // 初始化ES用户索引
}

这样设计的好处：

  • 替换依赖不碰业务代码 ：把MockSmsClient换成真实DMSClient，只需要改构建器（UserServerBuilder）的初始化逻辑，UserServiceImpl里的GetPhoneVerifyCode完全不用动；

  • 测试方便：写单元测试时，能注入 "假的 Redis 客户端""假的 ES 客户端"，不用依赖真实中间件。

2. 核心依赖拆解：每个组件各司其职

依赖组件 作用 实战细节
MockSmsClient 模拟短信发送 内部不调用外部平台，只打印日志 + 存 Redis 验证码
ODB（MySQL ORM） 用户数据 CRUD 需用odb工具生成 ORM 代码，避免手写 SQL
Redis（sw::redis++） 会话存储、验证码、登录状态 会话过期设 2 小时，验证码 5 分钟过期
Elasticlient 用户搜索（比如好友搜索） 初始化时创建user索引，支持昵称 / 手机号模糊查
ServiceManager 调用其他微服务（如文件服务上传头像） 基于 Etcd 发现服务节点，RR 轮询负载均衡

三、核心功能落地：从代码到业务，讲透细节

1. 用户注册：不只是存数据，还要做校验

注册逻辑看起来简单，但细节容易出问题，比如密码强度、昵称重复。看关键代码：

复制代码 
bool password_check(const std::string &password) {
    // 密码规则：6-15位，只含字母、数字、_、-
    if (password.size() < 6 || password.size() > 15) {
        LOG_ERROR("密码长度不合法：{}-{}", password, password.size());
        return false;
    }
    for (int i = 0; i < password.size(); i++) {
        if (!((password[i] > 'a' && password[i] < 'z') ||
            (password[i] > 'A' && password[i] < 'Z') ||
            (password[i] > '0' && password[i] < '9') ||
            password[i] == '_' || password[i] == '-')) {
            LOG_ERROR("密码字符不合法：{}", password);
            return false;
        }
    }
    return true;
}

void UserRegister(...) {
    // 1. 取请求参数
    std::string nickname = request->nickname();
    std::string password = request->password();
    
    // 2. 校验昵称、密码
    if (!nickname_check(nickname)) {
        return err_response("用户名长度不合法！");
    }
    if (!password_check(password)) {
        return err_response("密码格式不合法！");
    }
    
    // 3. 查昵称是否已存在（ODB ORM调用）
    auto user = _mysql_user->select_by_nickname(nickname);
    if (user) {
        return err_response("用户名被占用!");
    }
    
    // 4. 生成用户ID，存MySQL+ES
    std::string uid = uuid();  // 自定义工具函数，生成唯一ID
    user = std::make_shared<User>(uid, nickname, password);
    if (!_mysql_user->insert(user)) {
        return err_response("Mysql数据库新增数据失败!");
    }
    if (!_es_user->appendData(uid, "", nickname, "", "")) {
        return err_response("ES搜索引擎新增数据失败！");
    }
    
    // 5. 返回成功
    response->set_success(true);
}

实战踩坑：最开始没做密码校验，测试时输入特殊字符导致数据库存储异常，后来加了严格的字符校验，还在日志里打印不合法的密码，方便排查问题。

2. 手机号验证码：用模拟服务突破平台限制

真实短信服务（如阿里云 DMS）需要企业资质，个人开发没法用，所以做了MockSmsClient来模拟。核心逻辑是：生成验证码→存 Redis→返回验证码 ID，校验时从 Redis 查。

第一步：设计 MockSmsClient
复制代码 
// mock_sms.hpp
class MockSmsClient {
public:
    using ptr = std::shared_ptr<MockSmsClient>;
    MockSmsClient(const Codes::ptr& codes_client) : _codes_client(codes_client) {}
    
    // 与真实DMSClient接口完全一致，方便替换
    bool send(const std::string& phone, const std::string& code) {
        // 不调用外部平台，只打印日志（测试时能直接看到验证码）
        LOG_INFO("【模拟短信】向{}发送验证码：{}", phone, code);
        return true;
    }
private:
    Codes::ptr _codes_client;  // 用于后续扩展，比如存验证码
};
第二步：集成到 GetPhoneVerifyCode
复制代码 
void GetPhoneVerifyCode(...) {
    // 1. 校验手机号格式（11位，以1开头，第二位3-9）
    std::string phone = request->phone_number();
    if (!phone_check(phone)) {
        return err_response("手机号码格式错误!");
    }
    
    // 2. 生成4位验证码（自定义工具函数vcode()）
    std::string code_id = uuid();
    std::string code = vcode();  // 返回如"1234"
    
    // 3. 调用模拟短信服务（实际只打日志）
    if (!_dms_client->send(phone, code)) {
        return err_response("短信验证码发送失败!");
    }
    
    // 4. 存Redis（5分钟过期）
    _redis_codes->append(code_id, code, std::chrono::minutes(5));
    
    // 5. 返回验证码ID
    response->set_verify_code_id(code_id);
    response->set_success(true);
}

关键优势 ：后来要对接真实短信服务时，只需要实现一个RealSmsClient，保持send接口一致，在UserServerBuilder里换个注入对象就行，业务代码一行不用改。

3. 登录会话管理：Redis 防多端登录

登录成功后，要生成会话 ID（ssid），存 Redis，还要标记用户登录状态，防止同一账号多端登录：

复制代码 
void UserLogin(...) {
    // 1. 校验用户名密码
    auto user = _mysql_user->select_by_nickname(nickname);
    if (!user || password != user->password()) {
        return err_response("用户名或密码错误!");
    }
    
    // 2. 查是否已登录（Redis查登录状态）
    if (_redis_status->exists(user->user_id())) {
        return err_response("用户已在其他地方登录!");
    }
    
    // 3. 生成ssid，存Redis（2小时过期）
    std::string ssid = uuid();
    _redis_session->append(ssid, user->user_id(), std::chrono::hours(2));
    
    // 4. 标记登录状态（2小时过期，与会话同步）
    _redis_status->append(user->user_id(), std::chrono::hours(2));
    
    // 5. 返回ssid
    response->set_login_session_id(ssid);
    response->set_success(true);
}

细节 ：_redis_session和_redis_status是封装的 Redis 操作类，内部调用sw::redis::Redis::set并设置过期时间，避免手动写 Redis 命令，减少出错概率。

4. 用户信息修改：联动多存储（MySQL+ES + 文件服务）

以 "设置头像" 为例，需要上传头像到文件服务→更新 MySQL 的 avatar_id→同步 ES 信息：

复制代码 
void SetUserAvatar(...) {
    // 1. 取用户ID和头像数据
    std::string uid = request->user_id();
    std::string avatar_data = request->avatar();
    
    // 2. 查用户是否存在
    auto user = _mysql_user->select_by_id(uid);
    if (!user) {
        return err_response("未找到用户信息!");
    }
    
    // 3. 调用文件服务上传头像（通过ServiceManager找文件服务节点）
    auto channel = _mm_channels->choose(_file_service_name);
    FileService_Stub stub(channel.get());
    PutSingleFileReq file_req;
    PutSingleFileRsp file_rsp;
    file_req.mutable_file_data()->set_file_content(avatar_data);
    stub.PutSingleFile(&cntl, &file_req, &file_rsp, nullptr);
    if (cntl.Failed() || !file_rsp.success()) {
        return err_response("文件子服务调用失败!");
    }
    
    // 4. 更新MySQL的avatar_id
    std::string avatar_id = file_rsp.file_info().file_id();
    user->avatar_id(avatar_id);
    if (!_mysql_user->update(user)) {
        return err_response("更新数据库用户头像ID失败!");
    }
    
    // 5. 同步ES信息
    if (!_es_user->appendData(user->user_id(), user->phone(), 
        user->nickname(), user->description(), avatar_id)) {
        return err_response("更新搜索引擎用户头像ID失败!");
    }
    
    response->set_success(true);
}

经验：文件服务调用可能失败，后来加了重试机制（失败后重试 2 次），还在日志里打印文件服务的地址和错误信息，方便定位是网络问题还是服务本身的问题。

四、实战踩坑记录：这些问题比代码更重要

1. ODB 代码生成遗漏导致链接错误

最开始用 ODB 的 ORM，只写了user.hxx，没生成 ORM 实现代码，编译时出现一堆undefined reference to odb::access::object_traits_impl<zrt::User>错误。

解决方法：

  1. 安装 ODB 工具：sudo apt install odb；

  2. 生成 ORM 代码：odb -d mysql --std c++11 user.hxx -o source/；

  3. CMake 里添加生成的user-odb.cxx到源文件列表：

    add_executable(user_server
    source/user_server.cc
    source/user-odb.cxx # 必须加，否则链接不到ORM实现
    )

2. Redis 客户端初始化顺序错误

最开始在make_redis_object里创建了Codes实例，但没赋值给_codes_client，导致make_mock_sms_object时_codes_client是空的，运行崩溃。

解决方法 ：调整初始化顺序，确保 Redis 客户端先初始化，再创建Codes和MockSmsClient：

复制代码 
// UserServerBuilder
void make_redis_object(...) {
    _redis_client = RedisClientFactory::create(...);
    // 初始化Codes，赋值给成员变量
    _codes_client = std::make_shared<Codes>(_redis_client);
}

void make_mock_sms_object() {
    // 此时_codes_client已初始化，不会空指针
    _mock_sms_client = std::make_shared<MockSmsClient>(_codes_client);
}

3. 依赖库链接不全导致未定义错误

编译时出现undefined reference to sw::redis::Redis::set，是因为 CMake 没链接swredis++和hiredis库。

解决方法：在 CMake 里添加链接：

复制代码 
# 查找依赖库
find_package(swredis++ REQUIRED)
find_package(hiredis REQUIRED)

# 链接到目标
target_link_libraries(user_server
    PRIVATE
    sw::redis++::swredis++
    hiredis::hiredis
    odb::mysql  # ODB MySQL库
    elasticlient::elasticlient  # ES客户端库
    brpc  # RPC库
    pthread  # 线程库
)

五、总结：UserServer 设计的 3 个核心要点

  1. 无状态设计：用户服务不存本地数据（会话、状态都放 Redis），方便横向扩展，加节点就能扛更高并发；

  2. 依赖注入优先：所有外部依赖（短信、数据库、缓存）都通过构造函数注入，方便替换和测试，比如用模拟短信突破平台限制；

  3. 分层清晰：业务逻辑（注册登录）、数据访问（ODB/Redis/ES）、服务调用（ServiceManager）分层，修改某一层不影响其他层。

做用户服务时，最容易忽略的是 "可测试性" 和 "容错性"------ 比如一开始没做模拟短信，导致没法本地测试手机号登录；没加重试机制，文件服务偶尔超时就失败。这些问题都是实战中踩出来的，比单纯的代码实现更有价值。

如果大家也在做 C++ 微服务或 IM 项目，欢迎交流更多细节，比如用户服务的横向扩展、会话共享等问题，一起避坑～

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